陶瓷墨水用锆镨黄陶瓷色料的制备及其发色机理的研究

发布时间：2017-08-06 19:15

  本文关键词：陶瓷墨水用锆镨黄陶瓷色料的制备及其发色机理的研究

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【摘要】：陶瓷装饰技术经历了丝网印刷和滚筒印花时代,现已步入了喷墨打印的时代。作为陶瓷装饰技术的第三次革命,陶瓷喷墨打印与之前的印花技术相比有着不可比拟的优势,对陶瓷装饰产生了巨大的影响。陶瓷喷墨打印所需的陶瓷墨水一直备受人们的关注,高校和企业都陆续发表了不少研究论文和专利,近几年国内已有多家企业拥有了自己品牌的陶瓷墨水。目前陶瓷墨水的工业化生产大多采用分散法,即将无机陶瓷色料与溶剂、分散剂等组分混合后,采用砂磨机进行超细研磨和分散,最终获得稳定的悬浮液。分散法制备陶瓷墨水虽然工艺简单,但为保证陶瓷墨水的分散稳定性,需要将无机陶瓷色料超细粉碎至亚微米级别,一般要求色料的最大粒径D_(100)小于1μm,中位径D50在200~500nm之间。目前制备黄色陶瓷墨水的色料主要由锆镨黄色料提供,传统的锆镨黄色料主要用于釉面及坯体,不用经过超细粉碎,发色能力较好,当经过砂磨机超细粉碎后,发色能力大大下降,不能满足人们对色调的要求,急需研制出发色能力更强的锆镨黄色料,以适用于陶瓷墨水中小粒径及高强度破碎的制备。为提高锆镨黄色料在陶瓷墨水中的发色,本论文从锆镨黄色料的发色机理入手,分析影响其发色的主要因素是稀土元素Pr在ZrSiO_4晶体中的固溶量,然后考虑影响Pr元素固溶量的生产因素,主要从Pr_6O_(11)的掺杂量、烧成制度、矿化剂的用量以及原材料ZrO_2的活性等方面着手,调节配方体系及生产工艺,提高Pr元素在ZrSiO_4晶体中的固溶量,从而提高锆镨黄色料的发色能力。本文的创新之处在于分析了各因素对Pr离子固溶量的影响及其与锆镨黄色调的关联性,同时分析了Pr元素在色料中的分布均匀性,此外,矿化剂的用量以及原材料ZrO_2的预处理是首次提出并探讨的因素。本论文采用固相法合成锆镨黄色料,固相法合成工艺简单易于操作且周期短效率高,是目前工业生产的主要方法。本文对氧化镨(Pr_6O_(11))的用量进行了研究,探索Pr_6O_(11)加入量对锆镨黄色调和晶体结构的影响,实验表明:随着Pr_6O_(11)掺杂量的增加,Pr元素在ZrSiO_4晶体中的固溶量也逐渐增加,从而导致锆镨黄色料超细粉碎后的黄度值也逐渐增加;当Pr_6O_(11)掺杂量达到一定值时(Pr/Zr=0.06),锆镨黄色料在超细粉碎后的色调基本保持不变,Pr元素在ZrSiO_4晶体中的固溶量也趋于饱和;当Pr_6O_(11)掺杂过量时,会造成Pr元素在锆镨黄色料中分布不均匀。对烧成温度和保温时间分别进行研究,探索烧成制度对锆镨黄色调及其晶体结构的影响并优化烧成制度,实验表明:随着烧成温度的提高,Pr元素在ZrSiO_4晶体中的固溶量逐渐下降,从而导致超细粉碎后锆镨黄色料的黄度值也逐渐减小,其黄度值在880℃最佳,说明在低温合成的锆镨黄色料超细粉碎后的发色能力更好;锆镨黄色料在超细粉碎后的黄度值随保温时间的变化会在保温6小时达到峰值,过短或过长的保温时间均会导致Pr元素在ZrSiO_4晶体中的固溶量下降,从而导致锆镨黄墨水色调变差,说明保温6小时是最佳保温时间;过高的烧成温度和过长的保温时间均会导致Pr元素的分布不均匀,出现部分区域富集的现象。分别对矿化剂BaF_2和KCl的用量进行研究,实验表明:适量的矿化剂有助于ZrSiO_4晶体的合成,有利于合成品质良好的锆镨黄色料;当矿化剂的用量增加时,会抑制Pr元素在ZrSiO_4晶体中的固溶,从而导致锆镨黄色料在超细粉碎后的黄度值下降,且矿化剂BaF_2和KCl的用量对Pr元素固溶的抑制程度相当;在保证锆镨黄色料反应基本完全的情况下,应尽可能减少矿化剂的用量。对原材料Zr O_2粉进行球磨预处理,实验探讨了ZrO_2粉的球磨处理对Zr O_2粉活性及其合成锆镨黄色调的影响,实验表明:随ZrO_2粉的球磨处理时间的增加,Zr O_2粉活性也会增加,且有助于提高锆镨黄色料在超细粉碎后的黄度值;ZrO_2粉活性的增加会提高对Pr元素的容纳能力,而当ZrO_2粉的球磨处理时间过长,ZrSiO_4晶体会出现晶胞的异常生长,导致ZrSiO_4晶体对Pr元素的容纳能力下降。综合上述因素的探讨可知:固相法合成锆镨黄色料时,当Pr/Zr的摩尔比值为0.06时,Pr_6O_(11)的掺入量为最佳,过量的Pr_6O_(11)对超细粉碎后的锆镨黄色调的提高无益;在保证锆镨黄基本反应完全的情况下,低温合成锆镨黄更有利于呈色,880℃可作为锆镨黄色料合成的最佳烧成温度;适当的保温时间可促进ZrSiO_4晶体发育,并使Pr元素固溶在ZrSiO_4晶体中而不富集在其表面,最佳保温时间为6小时;适当矿化剂的用量是合成高品质锆镨黄色料的保证,在保证锆镨黄色料烧熟的前提下,矿化剂用量应尽量少;原材料ZrO_2活性的增加可提高Pr离子固溶量,有利于锆镨黄色料的发色,原料ZrO_2的优选与预处理是高档锆镨黄色料合成的有效途径。
【关键词】：陶瓷喷墨打印 陶瓷墨水 锆镨黄色料 固相法 固溶量
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.43
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-36
• 1.1 引言13-14
• 1.2 无机陶瓷色料14-19
• 1.2.1 无机陶瓷色料的分类14-18
• 1.2.1.1 色料的用途14-15
• 1.2.1.2 应用温度15
• 1.2.1.3 色料颜色15-16
• 1.2.1.4 着色类型16-17
• 1.2.1.5 矿相类型17-18
• 1.2.2 无机陶瓷色料的呈色机理18-19
• 1.3 陶瓷喷墨打印与陶瓷墨水19-23
• 1.3.1 陶瓷喷墨打印技术19-20
• 1.3.2 陶瓷墨水20-23
• 1.4 黄色陶瓷色料23-25
• 1.4.1 黄色陶瓷色料的种类23-24
• 1.4.2 常用黄色陶瓷色料24-25
• 1.5 锆镨黄陶瓷色料25-27
• 1.5.1 锆基色料25-26
• 1.5.2 锆镨黄的基本属性26-27
• 1.6 锆镨黄的制备方法27-28
• 1.6.1 固相法27
• 1.6.2 溶胶-凝胶法27
• 1.6.3 水热法27
• 1.6.4 沉淀法27-28
• 1.7 锆镨黄的研究现状28-32
• 1.7.1 国内锆镨黄的研究概况28-29
• 1.7.2 国外锆镨黄的研究概况29-32
• 1.8 研究目的与意义32-33
• 1.9 研究内容、层次架构与创新点33-36
• 1.9.1 研究内容33-34
• 1.9.2 层次架构34-35
• 1.9.3 创新点35-36
• 第二章 实验原料、仪器设备与测试方法36-39
• 2.1 实验原料36
• 2.2 仪器设备36-37
• 2.3 测试方法37-39
• 2.3.1 X射线衍射分析37
• 2.3.2 扫描电子显微/元素分析37-38
• 2.3.3 傅里叶红外光谱分析38
• 2.3.4 激光粒度分析38
• 2.3.5 色度表征38-39
• 第三章 Pr_6O_(11)掺杂量对锆镨黄色调影响的研究39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 实验流程39-40
• 3.3 实验结果与分析40-48
• 3.3.1 色度值分析40-41
• 3.3.2 XRD物相分析与结构精修41-45
• 3.3.3 SEM/EDS分析45-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 烧成温度对锆镨黄色调影响的研究49-59
• 4.1 引言49-50
• 4.2 实验流程50
• 4.3 实验结果与分析50-58
• 4.3.1 色度值分析50-51
• 4.3.2 XRD物相分析与结构精修51-55
• 4.3.3 SEM/EDS分析55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 保温时间对锆镨黄色调影响的研究59-70
• 5.1 引言59
• 5.2 实验流程59-60
• 5.3 实验结果与分析60-68
• 5.3.1 色度值分析60-61
• 5.3.2 XRD物相分析与结构精修61-64
• 5.3.3 SEM/EDS分析64-68
• 5.4 本章小结68-70
• 第六章 矿化剂用量对锆镨黄色调影响的研究70-83
• 6.1 引言70-71
• 6.2 实验流程71
• 6.3 实验结果与分析71-82
• 6.3.1 色度值分析71-73
• 6.3.2 XRD物相分析与结构精修73-78
• 6.3.3 SEM/EDS分析78-82
• 6.4 本章小结82-83
• 第七章 ZrO_2粉球磨处理对锆镨黄色调影响的研究83-97
• 7.1 引言83
• 7.2 实验流程83-84
• 7.3 实验结果与分析84-95
• 7.3.1 ZrO_2粉球磨处理84-87
• 7.3.2 色度值分析87-88
• 7.3.3 XRD物相分析与结构精修88-92
• 7.3.4 SEM/EDS分析92-95
• 7.4 本章小结95-97
• 第八章 工艺改进97-98
• 结论98-100
• 展望100-101
• 参考文献101-107
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果107-108
• 致谢108-109
• Ⅳ-2答辩委员会对论文的评定意见109

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本文编号：631105